Информатика : учебник для 8 класса (Бондаренко Е.А.)

РАЗДЕЛ 1. КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ

§ 1. Кодирование и декодирование сообщений § 2. Двоичное кодирование Практическая работа 1. Решение задач на определение длины двоичного кода текстовых данных

Повторяем Из курса 5 класса вы знаете, что сведения об окружающем мире и происходящих в нем процессах называют информацией. Человек получает информацию из окружающей среды с помощью сообщений, которые воспринимает органами чувств. Поэтому по способу восприятия сообщения разделяют на визуальные, вкусовые, обонятельные, звуковые и тактильные. По способу представления сообщения делят на текстовые, числовые, графические, звуковые, видео и комбинированные. Различные устройства тоже могут принимать сообщения — с помощью датчиков или сенсоров. Действия, которые можно выполнять с информацией, содержащейся в сообщении, называют информационными процессами. К ним относятся хранение, обработка, передача, получение, поиск, защита и т. п.

1. Что такое информация?

2. Кто или что может быть приемником информации?

3. Как человек воспринимает сообщения? Как устройства воспринимают сообщения?

4. Что такое сообщение?

5. Какими бывают сообщения по способу восприятия; по способу представления?

6. Что называют информационными процессами?

В этом разделе вы узнаете о таких информационных процессах, как кодирование и декодирование.

§ 1. Кодирование и декодирование сообщений

§ 1.

Кодирование и декодирование сообщений

В течение жизни человек воспринимает множество сообщений, обрабатывает информацию, сохраняет полученные знания и передает их другим. Как это происходит?

Обработка данных как информационный процесс

Еще в древние времена люди старались хранить полученную из окружающей среды информацию, в частности, в виде наскальных рисунков (рис. 1.1). Разумеется, передавать сохраненную таким образом информацию от одного человека другому было очень неудобно. Однако мы получили данные о жизни наших предков. Под обработкой данных понимают такой информационный процесс, в результате которого мы получаем новые данные или данные, представленные другим способом.

Рис. 1.1

Кодирование и декодирование сообщений

Сообщения передаются от источника к приемнику по каналам связи. Во время разговора по телефону звуковые сигналы (голос) преобразуются (кодируются) в электрические сигналы, которые по сети передаются к собеседнику и снова преобразуются (декодируются) в звуковые сигналы (рис. 1.2). Источник

Приемник Канал связи

Кодирование

Декодирование

Рис. 1.2

Чтобы передать сообщение с помощью технических устройств, его необходимо закодировать в соответствии с типом канала связи. Сообщение после передачи приобретает понятный для приемника вид.

7

Раздел 1. Кодирование данных

Кодирование — это преобразование сообщения в удобную для передачи, хранения, обработки форму. Код — это набор символов или сигналов и правил их использования для кодирования сообщений. Декодирование — это преобразование закодированного сообщения в форму, понятную для приемника. После изобретения письменности как способа кодирования естественного языка наиболее распространенным стал способ представления сообщений с помощью символов, например иероглифов, букв и т. п.

Мечта Рис. 1.3

Способы кодирования звука [а]:

Русский алфавит

Семафорная азбука

Азбука Морзе Рис. 1.4

8

Отдельными иероглифами обозначают определенные объекты или понятия (рис. 1.3), буквами — отдельные звуки устной речи, из которых состоят слова, предложения и т. д. Одни и те же сообщения можно кодировать разными способами. Для кодирования сообщений также используют цифры, знаки, жесты, световые, звуковые и электрические сигналы и т. п. Звук [а] можно закодировать и буквой «А», и определенным жестом, и в виде короткого и длинного звуковых сигналов, которые на бумаге обозначают точкой и тире (рис. 1.4). Вы можете придумать собственный код для передачи текстовых сообщений, например, заменяя буквы другими символами, рисунками или цифрами. Для декодирования сообщения нужно знать, как оно закодировано. Обратите внимание на то, что один и тот же символ имеет разные значения в зависимости от сферы его использования. Большая латинская буква V может обозначать объем тела и римскую цифру 5, буква Р — звук, периметр, вес тела. Принимать, декодировать и обрабатывать сообщения может человек, созданный им прибор, животное.

§ 1. Кодирование и декодирование сообщений

Обученная служебная собака выполняет команды, закодированные человеком в виде жестов (рис. 1.5). Сидеть!

Лежать!

Стоять!

Рис. 1.5

Способы кодирования постоянно совершенствуются, ведь удобно закодированные данные способствуют более эффективному их использованию в различных сферах человеческой деятельности.

Вопросы для самопроверки 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Как первобытные люди кодировали сообщения? Что такое кодирование; код; декодирование? Как сообщение передается от источника к приемнику? Как кодируются звуки естественного языка? Можно ли закодировать понятие? Приведите несколько способов кодирования звука [а].

Упражнение 1 1. Рассмотрите наскальный рисунок (см. рис. 1.1) и определите, какая, на ваш взгляд, информация в нем содержится.

2. Найдите в Интернете азбуку Морзе и закодируйте слово «Информатика».

3. Придумайте собственный код и с его помощью запишите какую-нибудь фразу в тетради. Обменяйтесь тетрадями с одноклассником (одноклассницей) и, пользуясь кодом (ключом), декодируйте написанное им (ею).

Компьютерное тестирование

Выполните тестовое задание 1 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

9

Раздел 1. Кодирование данных

§ 2.

Двоичное кодирование

Компьютер — универсальное устройство для обработки данных разных типов. Но как же он воспринимает, распознает, сохраняет данные? Рассмотрим это на примере текстовых данных.

Двоичное кодирование

В компьютере данные представлены электрическими или магнитными сигналами, которые принимают только два значения: 0 — выключено (нет тока, размагничено) или 1 — включено (есть ток, намагничено). Любые данные, которые обрабатывает компьютер: числа, текст, рисунки, фотографии, звуки, музыка, видео и т. п. — кодируют с помощью нуля и единицы. Такой способ кодирования называют двоичным. Именно двоичное кодирование реализуется в электронных устройствах.

Кодирование символов Для кодирования данных в компьютере используют многозначные двоичные коды. В таких кодах цифру 0 или 1 называют битом (сокр. от англ. binary digit — двоичное число). Для кодирования символов в компьютерах обычно используют 8-битный двоичный код. Последовательность из 8 двоичных разрядов (битов) называют байтом. Существует 28 = 256 разных комбинаций из 8 битов. Этого количества вариантов достаточно для кодирования прописных и строчных букв английского и русского алфавитов, цифр, знаков препинания, а также графических элементов. Все символы, используемые в текстах, для удобства кодирования (декодирования) сводят в специальные таблицы двоичных кодов.

10

§ 2. Двоичное кодирование

Существует таблица кодов ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией), которая содержит 128 символов, в том числе буквы латинского алфавита. Для кодирования букв других алфавитов эту таблицу дополняют до 256 символов. Так, для букв русского алфавита используют таблицу кодов KOI8-R (Код Обмена Информацией 8-битный Русский), фрагмент которой представлен ниже. Обычно в таблицах кодов возле или вместо двоичного кода указывают десятичный. Так, строчная русская буква «а» в таблице кодов KOI8-R имеет десятичный код 193, который соответствует двоичному 11000001. Фрагмент таблицы кодов KOI8-R 192 11000000 ю 198 11000110

ф 204

11001100

л

210

11010010

р

193 11000001

а

199 11000111

г

205

11001101

м

211

11010011

с

194 11000010

б

200 11001000

х

206

11001110

н

212

11010100

т

195 11000011

ц

201 11001001

и

207

11001111

о

213

11010101

у

196 11000100

д

202 11001010

й

208 11010000

п

214

11010110

ж

197 11000101

е

203 11001011

к

209 11010001

я

215

11010111

в

В современных компьютерных текстовых документах распространено также кодирование символов 16-битным кодом Юникод (Unicode — унифицированное кодирование), содержащий алфавиты практически всех языков мира.

Единицы измерения длины двоичного кода Объем данных измеряется длиной двоичного кода. При стандартном 8-битном кодировании текста каждый символ кодируется одним байтом. Знаки препинания и пробел также являются символами, которые имеют собственные коды. Текст Андрей играет в футбол состоит из 22 символов. Поэтому при 8-битном кодировании символов объем этого текста равен 22 байтам.

11

Раздел 1. Кодирование данных

На практике удобнее пользоваться большими  единицами изме­ рения: килобайт (Кбайт), мегабайт (Мбайт), гигабайт (Гбайт), терабайт (Тбайт) и др. В информатике префиксы кило-­, мега-­, гига-­, тера-­ имеют несколько иное значение, чем в других науках: 1 Кбайт = 210 байтов = 1024 байта ≈ 103 байтов 1 Мбайт = 210 Кбайтов = 1024 Кбайта ≈ 106 байтов 1 Гбайт = 210 Мбайтов = 1024 Мбайта ≈ 109 байтов 1 Тбайт = 210 Гбайтов = 1024 Гбайта ≈ 1012 байтов В начале XXI в. был введен стандарт именования единиц измерения объемов данных: кибибайт, мебибайт, гибибайт и т. д. Но эти наименования практически не используют. Пусть на странице содержится 56 строк по 64 символа в каждой строке. Вычислим объем данных (длину двоичного кода) на странице: 56 . 64 = 3584 (байта). Чтобы вычислить объем данных в книге, нужно количество символов на одной странице умножить на количество страниц. Таким образом, объем книги, содержащей 256 подобных страниц: 3584 . 256 = 917 504 (байта) = 896 (Кбайтов) = 0,875 (Мбайта). Не следует отождествлять длину двоичного кода текстового сообщения с объемом информации, которая в нем содержится. Двоичный код буквы «Р» имеет длину 1 байт; эта же буква, изображенная на дорожном знаке, содержит информацию для водителя о том, что рядом со знаком обустроено место для стоянки. Теперь вы понимаете, в каких единицах и каким способом можно измерять объем текстовых данных. С измерением объемов видеои аудио­данных, которыми оперирует компьютер, вы ознакомитесь позже.

Вопросы для самопроверки 1.

2.

3.

4.

12

Как кодируются данные в компьютере? Почему в компьютере используется двоичное кодирование? Каким образом кодируются буквы в компьютере? Что такое бит; байт?

Практическая работа 1

5. В каких единицах измеряют длину двоичного кода?

6. Сколько байтов содержит 1 килобайт; 1 мегабайт?

Упражнение 2 1. Найдите в Интернете таблицу кодов символов ASCII. Пользуясь этой таблицей, раскодируйте сообщение:

01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100001.

2. Определите, содержание скольких книг (см. пример на с. 12) можно сохранить в электронном виде на DVD-диске объемом 4,7 Гбайта.

3. Определите приблизительный объем данных на странице учебника.

Компьютерное тестирование

Выполните тестовое задание 2 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

Практическая работа 1

Решение задач на определение длины двоичного кода текстовых данных

Задание: вычислить длину двоичного кода текстовых данных. Оборудование: компьютер с операционной системой Windows; учебник; тетрадь.

Ход работы о время работы за компьютером соблюдайте правила безопасВ ности.

13

Раздел 1. Кодирование данных

1. Запишите в тетради свое имя и фамилию. Определите длину двоичного кода записанного текста при однобайтном кодировании символов.

2. Запустите на выполнение программу Блокнот. Наберите свое имя и фамилию через пробел и сохраните файл с названием Практическая работа 1 в соответствующей папке. С помощью контекстного меню файла (пункт Свойства) определите размер файла в байтах и сравните с данными, полученными в п. 1.

3. С помощью фрагмента таблицы кодов КОІ8-R на с. 11 закодируйте слово «байт» и запишите его в тетради с помощью двоичных и десятичных кодов.

4. Используя программу Калькулятор, определите приблизительный объем памяти, необходимый для хранения в электронном виде одной страницы данного учебника с текстом (без рисунков) и всего учебника.

5. Вычислите, сколько таких учебников может поместиться на флеш-носителе объемом 8 Гбайтов.

6. Все расчеты, полученные в пп. 1–5, запишите в текстовый документ Практическая работа 1 и сохраните файл. Завершите работу за компьютером. Сделайте вывод: как определять длину двоичного кода текстовых данных.

14

РАЗДЕЛ 2. АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА

§ 3. История обработки информационных объектов § 4. Архитектура компьютера. Технические характеристики устройств компьютера Практическая работа 2. Выбор конфигурации компьютера исходя из потребностей пользователя § 5. Программное обеспечение компьютера Практическая работа 3. Архивация и разархивация данных

Повторяем Вы знаете, что компьютер состоит из нескольких основных частей: системного блока, монитора, мыши и клавиатуры. К нему также могут подключаться другие устройства. Все устройства компьютера делятся на устройства ввода — клавиатура, мышь, микрофон, сканер, камера и т. п.; вывода — монитор, принтер, наушники, колонки и т. п.; обработки — процессор; хранения — внутренняя и внешняя память (жесткие магнитные диски, CD-­ и DVD-диски, флеш-память и т. п.). Как известно, компьютер не может работать без программ. Программа — это последовательность команд, предназначенных для выполнения компьютером. Наиболее важным комплектом программ является операционная система. Именно она управляет работой компьютера, обеспечивает взаимодействие всех его устройств, а также компьютера и пользователя.

1. Назовите основные устройства компьютера.

2. Какие устройства хранения информации вы знаете?

3. Назовите устройства ввода информации.

4. Назовите устройства вывода информации.

5. Что такое компьютерная программа?

6. Каково назначение операционной системы?

В этом разделе вы подробнее ознакомитесь с аппаратным и программным обеспечением компьютера, а также со способами взаимодействия пользователя и компьютера.

§ 3. История обработки информационных объектов

§ 3. История обработки информационных объектов

История человечества неразрывно связана с познанием мира, информационными процессами. С давних времен люди изобретали различные устройства, позволяющие облегчить процесс обработки информации (в частности, таких информационных объектов, как звук, изображение, текст, число).

Этапы развития вычислительных средств

Различают несколько этапов развития вычислительной техники. На домеханическом этапе для счета использовали подручные средства: камешки, узелки, зерна и т. п. Со временем разные народы стали применять для расчетов различные приспособления и устройства. Наибольшее распространение получили абак и его разновидности. На механическом этапе с развитием промышленности и торговли был создан ряд механических вычислительных устройств. У истоков механической вычислительной техники стояли известные ученые, инженеры и исследователи (рис. 3.1).

Леонардо да Винчи

Блез Паскаль

Готфрид Лейбниц Рис. 3.1

Чарльз Беббидж

Ада Лавлейс

Первый известный нам эскиз механического вычислительного устройства (ок. 1500 г.) был выполнен итальянским изобретателем и художником Леонардо да Винчи. Первое действующее устройство для сложения и вычитания чисел («паскалина») разработал в 1642 г. Блез Паскаль, со временем известный французский ученый. В 1673 г. немецкий математик и физик Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический арифмометр на основе двоичной

17

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

системы счисления, которая используется в современных компьютерах. В 1833 г. английский математик Чарльз Беббидж изобрел аналитическую вычислительную машину. Описание и программу для нее составила Ада Лавлейс — ее и считают первым в мире программистом. Значительный вклад в дальнейшее развитие вычислительных устройств внесли многие ученые, инженеры, исследователи из разных стран мира. В 1938 г. немецкий инженер Конрад Цузе построил первую электромеханическую программируемую цифровую машину. На электронном этапе были созданы электронно-вычислительные машины (компьютеры), развитие которых продолжается и в наше время.

Основные этапы развития компьютеров Рассмотрим историю развития компьютеров как универсального средства для работы с различными информационными объектами. В зависимости от того, какие основные элементы использовались для изготовления, выделяют несколько поколений компьютеров. Компьютеры первого поколения были созданы в 40-х годах ХХ в. на базе электронных ламп (рис. 3.2). Быстродействие таких компьютеров не превышало 20 тыс. операций в секунду. Рис. 3.2

Рис. 3.3

Рис. 3.4

18

Первый компьютер под названием «ENІAC» был создан в США в 1945 г. под руководством Джона Моучли и Джона Преспера Эккерта. Компьютер массой 30 т выполнял до 5 тыс. операций в секунду и занимал целое здание с кондиционерами для охлаждения. Основоположником вычислительной техники в СССР был академик Сергей Алексеевич Лебедев (рис. 3.3). Под его руководством в Киевском электротехническом институте в 1951 г. создан компьютер под названием «МЭСМ» (малая электронная счетная машина). Компьютеры второго поколения появились в 50-х годах ХХ в. на базе транзисторов (рис. 3.4). Размеры компьютеров уменьшились в десятки раз, а быстродействие достигло 100 тыс. операций в секунду.

§ 3. История обработки информационных объектов

В Институте кибернетики Академии наук Украины в 60-х годах XX в. под руководством Виктора Михайловича Глушкова (рис. 3.5) была создана серия машин для инженерных расчетов (сокращенно МИР). Компьютеры третьего поколения были созданы в 70-е годы ХХ в. с появлением интегральных схем (рис. 3.6). В таких схемах на кристаллической пластине площадью до 1 см2 размещались тысячи элементов. Размеры компьютеров снова уменьшились, а быстродействие достигло миллионов операций в секунду. Компьютеры четвертого поколения появились благодаря использованию больших интегральных схем (рис. 3.7). Такие схемы на кристаллической пластине площадью около 1 см2 содержат миллионы элементов. Быстродействие компьютеров достигло сотен миллионов операций в секунду. Появились настольные компьютеры. Один из первых персональных компьютеров был создан в США в 1976 г. основателями фирмы Apple Стивом Джобсом и Стивом Возняком (рис. 3.8). Уменьшение размеров и повышение продуктивности компьютеров способствует их широкому внедрению во все сферы жизни. На начало 2016 г. количество компьютеров в мире достигло 2 млрд и продолжает расти.

Рис. 3.5

Рис. 3.6

Рис. 3.7

Рис. 3.8

Виды современных компьютеров В зависимости от вычислительных возможностей современные компьютеры делятся на несколько основных видов.

•• Суперкомпьютеры — многопроцессорные системы для выполнения сложных вычислений. В Украине созданы мощные центры суперкомпьютерных вычислений в Национальном техническом университете «Киевский политехнический институт» и Институте кибернетики им. В. М. Глушкова НАН Украины.

•• Мейнфреймы — высокопроизводительные надежные серверы для использования в критически важных системах (управление электростанциями, продажа билетов, облачные технологии и т. п.).

19

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

••

Карманные

Портативные

Настольные

Микрокомпьютеры — компьютеры, предназначенные для реализации простых задач управления, например бытовой техникой.

•• Персональные компьютеры (ПК) — компьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя. Рассмотрим особенности персональных компьютеров в зависимости от их размеров (см. форзац, рис. 3.9). Системный блок (СБ) в отдельном корпусе — десктоп Портативный СБ, который может крепиться к монитору — неттоп СБ встроен в корпус монитора — моноблок Все составляющие в одном корпусе — ноутбук Упрощенный и уменьшенный ноутбук — нетбук Плоский ПК без клавиатуры и с сенсорным экраном — планшет Ноутбук с сенсорным экраном — планшетный ноутбук Мобильный телефон с функциями компьютера — коммуникатор Миниатюрный ПК с клавиатурой (или без нее) — карманный ПК с функциями мобильного телефона — смартфон Рис. 3.9

Рис. 3.10

Мощность компьютеров постоянно увеличивается, а сфера применения расширяется. Популярными становятся новые виды компьютеров: роботы-игрушки, роботы — помощники по дому и т. п. (рис. 3.10).

Вопросы для самопроверки 1.

2.

3.

4.

5.

Назовите этапы развития вычислительной техники. Кто создал первый механический вычислитель? Кого считают первым в мире программистом? Что является элементной базой персональных компью­теров? Назовите основоположников разработки вычислительной техники в Украине.

6. Назовите виды современных компьютеров.

20

§ 4. Архитектура компьютера. Технические характеристики устройств компьютера

Упражнение 3 1. Найдите в тексте параграфа данные о быстродействии компьютеров.

2. Запустите текстовый процессор, создайте новый документ. Найдите в Интернете информацию о вкладе Джона Винсента Атанасова и Михаила Филлиповича Кравчука в создание первых компьютеров и скопируйте в документ.

3. Напишите небольшое сочинение на тему «Компьютеры будущего», введите его текст в документ. Сохраните файл с именем Упражнение 3 в своей папке.

Компьютерное тестирование

Выполните тестовое задание 3 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

§ 4.

Архитектура компьютера. Технические характеристики устройств компьютера

Большинство современных компьютеров построены по принципам, сформулированным американским ученым Джоном фон Нейманом (рис. 4.1) в 1948 г. С того времени изменился внешний вид компьютеров, появились новые устройства, но не изменилась общая схема работы компьютера (рис. 4.2). Процессор Устройства ввода Рис. 4.1

Память

Устройства вывода

Рис. 4.2

Архитектура компьютера Архитектура компьютера — это описание устройства компьютера и принципов работы его составляющих.

21

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Основные узлы настольного персонального компьютера расположены в системном блоке. Системная (материнская) плата — самый большой узел компьютера, на котором установлены процессор, внутренняя память, системная шина, порты (разъемы, слоты). Системная шина (магистраль) — набор проводников и устройств, предназначенных для обмена данными между всеми компонентами компьютера. Рассмотрим более подробную схему обмена информацией между устройствами компьютера (рис. 4.3). Процессор Арифметикологическое устройство

Внутренняя память Оперативная Постоянная память память

Устройство управления

Системная шина: шина управления, адресная шина, шина данных Контроллеры портов

Контроллер клавиатуры

Контроллеры дисководов

Аудиоадаптер

Видеоадаптер

Внешние устройства Параллельный порт

USB

Последовательный порт Рис. 4.3

Процессор

Процессор (центральный процессор) — это основная микросхема компьютера, предназначенная для выполнения элементарных арифметических и логических операций и управления работой компьютера. Процессор состоит из двух основных частей: устройства управления и арифметико-логического устройства. Процессор имеет свою внутреннюю память. Конструктивно современный процессор (микропроцессор) — это большая интегральная схема, помещенная в защитный корпус (рис. 4.4). Быстродействие процессора — основной фактор, влияющий на производительность компьютера. Рис. 4.4

22

§ 4. Архитектура компьютера. Технические характеристики устройств компьютера

•• •• •• •• ••

Основные технические характеристики процессора: тактовая частота — количество тактов в секунду; измеряется в герцах (Гц), определяет быстродействие процессора; объем кэш-памяти — объем сверхбыстрой памяти, используемой процессором для обработки наиболее часто применяемых данных; разрядность — количество бит данных, обрабатываемых процессором одновременно (разрядность современных процессоров — 64 бит); количество ядер — количество отдельных вычислительных ядер (отдельных процессоров) в одной микросхеме; сокет — тип разъема для процессора на системной плате. Рассмотрим запись краткой характеристики процессора: Intel Core 2 Duo E8600 3,33 ГГц/6 Мб/LGA775. Имеем: Intel — производитель; Core 2 DUO — тип — 64-разрядный двухъядерный; E8600 — модель; 3,33 ГГц — тактовая частота; 6 Мб — объем кэш-памяти; LGA775 — сокет.

Память компьютера

Память компьютера предназначена для временного или постоянного хранения данных. Выделяют память внутреннюю и внешнюю; энергозависимую и энергонезависимую (рис. 4.5).

Память

Внутренняя

Внешняя

Постоянное запоминающее устройство

Энергонезависимая

Оперативное запоминающее устройство

Энергозависимая

Кэш-память

Энергозависимая

Жесткий магнитный диск

Энергонезависимая

Оптический диск

Энергонезависимая

Флеш-память

Энергонезависимая

Рис. 4.5

После отключения компьютера от сети данные из энергозависимой памяти исчезают, а в энергонезависимой памяти хранятся постоянно.

23

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Внутренняя память — это быстродействующая память, размещенная на системной плате компьютера в виде микросхем. Внутренняя память делится на оперативную и постоянную. Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, или RAM — Random Access Memory) предназначена для хранения данных и программ во время работы компьютера. Основной технической характеристикой ОЗУ является его объем. Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, или ROM — Read-Only Memory) предназначена для хранения программ и данных, обеспечивающих работу компьютера после включения. В постоянную память записана базовая система ввода-вывода (BIOS — Basic Input-Output System) — программа для управления работой устройств, загрузки операционной системы и др.

Внешние запоминающие устройства Внешняя память — память, предназначенная для долговременного хранения данных на внешних носителях. Рассмотрим некоторые устройства внешней памяти: Устройство

Название устройства Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер)

Данные записываются и считываются специальными магнитными головками

Оптические CD- и DVDнакопители

Данные записываются или считываются лазерным лучом Данные кодируются электрическими зарядами

Флеш-накопитель

Принцип действия

Устройства ввода-вывода данных

Вы уже знакомы с основными устройствами ввода-вывода данных — клавиатурой, мышью, монитором. Кроме этих устройств, есть и другие. Работа любых устройств и компьютера требует согласования действий. Адаптер (контроллер) — устройство, предназначенное для подключения к компьютеру другого устройства и управления его работой. Существуют адаптеры для работы с видеокамерами и мониторами (видеоадаптеры); для работы с аудиоустройствами (аудиоадаптеры) и др.

24

§ 4. Архитектура компьютера. Технические характеристики устройств компьютера

Монитор — устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации. В зависимости от принципа действия различают мониторы на электронно-лучевой трубке (CRT), на жидких кристаллах (LCD), на органических светодиодах (OLED), «электронные чернила» (е-іnk), плазменные, проекционные и др. Размер монитора задается длиной диагонали экрана в дюймах (1′′ = 2,54 см). Изображение на экране формируется из отдельных точек — пикселей. Важной характеристикой монитора является разрешающая способность — количество пикселей на дюйм (ppi — pixels per inch). Принтер — устройство вывода, предназначенное для вывода информации на твердые носители (бумагу, пластик и т. п.). В зависимости от технологии печати различают следующие типы принтеров: Тип принтера Матричный Струйный Лазерный, светодиодный

Описание технологии печати Изображение формируется из точек от ударов игл по красящей ленте Изображение формируется каплями чернил разного цвета Изображение формируется из порошкового тонера на наэлектризованной поверхности, а затем переносится на бумагу

Существуют также принтеры с другими технологиями печати. Основные технические характеристики принтера: разрешающая способность — наибольшее количество точек на • дюйм (dpi — dots per inch); скорость печати — количество страниц, отпечатанных за минуту; • • формат бумаги — наибольший размер бумаги для печати; • параметры печати — возможность печати без полей, двусторонняя печать и т. п.; • количество красителя — на сколько страниц хватает красителя. Все чаще используются 3D-принтеры, которые формируют объемные предметы методом послойного нанесения вещества.

Мультимедийные устройства Компьютер обрабатывает данные, представленные разными способами (текстовые, графические, звуковые, комбинированные и др.). Комбинированные данные называют мультимедийными. Мультимедиа — это сочетание разных способов представления данных и устройств для их воспроизведения. Для ввода мультимедийных данных к компьютеру подключаются такие внешние устройства, как микрофон, сканер, видеокамера и т. п., для вывода — монитор,

25

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

проектор, наушники, принтер и т. п. Для согласования действий этих устройств и компьютера используют соответствующие адаптеры. Аудиоадаптер (звуковая карта) — устройство для воспроизведения и записи звука. Видеоадаптер (видеокарта) — устройство поддержки преобразования данных в видеосигнал для монитора или проектора. Видео- или аудиоадаптеры могут быть встроены (интегрированы) в системную плату или установлены в разъем (слот) на ней. Основными характеристиками видеоадаптера является частота и объем видеопамяти. От них зависит качество изображения на экране монитора. Отображение информации происходит при помощи видеосистемы компьютера, которая включает в себя видеоадаптер, монитор и специальные программы для их подключения.

Конфигурация компьютера Конфигурация компьютера определяется составом и характеристиками его устройств. Базовой конфигурацией компьютера называется обязательный набор его устройств. Сегодня к базовой конфигурации относят системный блок (с основными устройствами), монитор, клавиатуру и мышь. Конфигурацию компьютера можно изменить в соответствии с потребностями пользователя. В описании конфигурации компьютера используют обозначения характеристик монитора, процессора, оперативной памяти, накопителя на жестких магнитных дисках, видеоадаптера, оптического привода, сетевой карты и т. д. Рассмотрим запись краткой характеристики конфигурации компьютера: 19.5″ (1920x1080) LED/АМD Athlon IIx4 750K (3.4 ГГц)/ RAM 8 Гб/HDD 1 Тб/nVidia GeForse GT730 2 Гб/DVD+RW/LAN.

Вопросы для самопроверки 1.

2.

3.

4.

5.

6.

26

Что такое процессор? Что определяет быстродействие компьютера? Для чего предназначена оперативная память? Каковы функции постоянной памяти компьютера? Каково назначение устройств внешней памяти? Чем определяется конфигурация компьютера?

Практическая работа 2

Упражнение 4 1. Найти и проанализировать технические характеристики процессора и оперативной памяти (ОЗУ) вашего компьютера.

1) Запустите текстовый процессор и создайте новый документ. В контекстном меню объекта Компьютер откройте вкладку Свойства. Найдите, расшифруйте и введите в документ характеристики процессора и ОЗУ.

2) По каталогам интернет-магазинов найдите описание процессоров. Скопируйте в документ ссылку на страницу и запись краткой характеристики одного из них. По записи определите и запишите разрядность процессора, количество ядер, тактовую частоту, объем кэш-памяти, сокет.

3) Найдите в Интернете и скопируйте в документ описание следующих характеристик ОЗУ: пропускная способность, тип, объем, частота. Сохраните файл с именем Упражнение 4 в соответствующей папке.

2. Запишите краткую характеристику конфигурации своего домашнего компьютера (см. пример на с. 26).

Компьютерное тестирование

Выполните тестовое задание 4 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

Практическая работа 2 Выбор конфигурации компьютера исходя из потребностей пользователя

Задание: определить конфигурацию компьютера для компьютерной игры с заданными системными требованиями: 30 Гб свободного места на жестком диске; 8 Гб оперативной памяти; процессор i7 4790 3.6 ГГц или AMD FX­9 590 4.7 ГГц. Оборудование: компьютер с установленными браузером и текстовым процессором, подключенный к сети Интернет.

27

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Ход работы В о время работы за компьютером соблюдайте правила безопасности.

1. По каталогам интернет-магазинов подберите составляющие для комплектации компьютера необходимой конфигурации.

2. Запустите текстовый процессор. Создайте новый документ, введите название и стоимость таких составляющих компьютера: корпус системного блока, системная плата, процессор, монитор, оперативная память, накопитель на жестких магнитных дисках, оптический привод, видеоадаптер (если он не встроен в системную плату), сетевая карта, клавиатура, мышь.

3. Определите составляющие, от которых зависит соответствующая конфигурация компьютера. Скопируйте их названия, краткие технические характеристики и ссылки на страницы.

4. Запишите, исходя из каких характеристик вы выбирали процессор, материнскую плату.

5. Сохраните файл с именем Практическая работа 2 в своей папке. Завершите работу за компьютером. Сделайте вывод: как подобрать конфигурацию компьютера исходя из потребностей; какие комплектующие являются обязательными; какими характеристиками они должны обладать.

§ 5. Программное обеспечение компьютера

Мы рассмотрели основные устройства компьютера, то есть аппаратную составляющую. Но поскольку компьютер не может работать без программ, рассмотрим программную составляющую. Программное обеспечение — совокупность программ, установленных на компьютере и предназначенных для обеспечения его работы и решения задач пользователя. Программное обеспечения (ПО) разделяют на системное, прикладное и служебное.

28

§ 5. Программное обеспечение компьютера

Системное программное обеспечение Системное программное обеспечение (системные программы) предназначено для управления работой устройств компьютера и обмена данными между ними. Среди системных программ особое место занимает операционная система. Как вы знаете, операционная система (ОС) — это комплект программ управления ресурсами, вычислительными процессами компьютера, а также для обеспечения взаимодействия с пользователем. ОС автоматически загружается при включении компьютера. Основные функции ОС: •• ввод-вывод данных, пуск-остановка программ и т. п.; •• обеспечение работы устройств ввода-вывода; •• загрузка программ в ОС и их выполнение; •• управление оперативной памятью; •• управление доступом к данным на внешних носителях; •• обеспечение интерфейса пользователя; •• поддержка файловой системы. Рассмотрим типы ОС в зависимости от основных признаков (рис. 5.1). Классификация ОС по основным признакам Тип интерфейса пользователя Количество одновременно работающих пользователей Количество одновременно выполняемых задач

Текстовый Графический

Количество процессоров

Однопользовательские

Разрядность

Многопользовательские Тип устройств Однозадачные Многозадачные

Тип использования ресурсов

Однопроцессорные Многопроцессорные 32-разрядные 64-разрядные Для мейнфреймов, ПК, мобильных устройств и т. п. Локальные Сетевые

Рис. 5.1

На персональных компьютерах используют ОС Windows, Linux, MacOS. Для мобильных устройств предназначены ОС Android, Windows CE, iOS, PalmOS и др.

29

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Прикладное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение (прикладные программы) предназначено для решения необходимых пользователю задач. Прикладные программы делятся на группы в зависимости от назначения: Прикладные программы

Назначение

Программы общего назначения

Различные сферы деятельности (например, работа с текстом, рисунками, таблицами и т. п.)

Программы специального Отдельные сферы деятельности или предприятия (например, назначения создание видеоэффектов и т. п.) Инструментальные программные средства

Создание новых программ (системы программирования)

Служебное программное обеспечение Служебное программное обеспечение (служебные программы) предназначено для диагностики аппаратной и программной составляющих компьютера. К служебным программам относятся программы для архивации данных, форматирования и проверки целостности диска и т. п. Форматирование носителя данных — процесс разметки области хранения данных. Форматирование обычно выполняется перед первым использованием диска или в случае появления серьезных сбоев в его работе. Эту операцию можно выполнить с помощью контекстного меню носителя; после завершения форматирования данные на носителе будут удалены. При форматировании можно проверить и целостность носителя. Архивация данных — процесс упаковки файлов в архив путем сжатия данных, хранящихся в них. В результате архивации создается архив — файл, содержащий один или более файлов со сжатыми данными. Распространенным методом сжатия данных является нахождение повторяющихся фрагментов и их кодирование. Такими фрагментами могут быть пиксели одинакового цвета растрового изображения, повторяющиеся слова или символы в тексте и т. п.

30

§ 5. Программное обеспечение компьютера

Степень сжатия данных, то есть отношение объема несжатого файла к объему его архива, зависит от типа файла и метода сжатия. В текстах на украинском языке вместе со знаками препинания и цифрами используется около 60 символов. Чтобы сжать такой текст, вместо 8-битного кодирования можно использовать 6-битное и без потери данных сэкономить 25 % памяти. Разархивация — процесс возврата данных архива в исходное состояние. Операции архивации и разархивации выполняют с помощью служебных программ — архиваторов. К ним относятся программы 7-Zip (бесплатный), WinRAR i WinZIP (условно-бесплатные). Программы-архиваторы позволяют создавать архивы разных типов: обычные, многотомные, самораспаковывающиеся. Для создания обычного архива нужно: 1) вызвать контекстное меню файла (группы файлов, папки); 2) выбрать для архиватора пункт меню Добавить в архив…; 3) выполнить необходимые настройки в диалоговом окне Имя и параметры архива; 4) щелкнуть кнопку ОК. Архив появится в одной папке с исходным файлом и будет иметь имя файла, указанное на шаге 3. Если архивный файл имеет очень большой объем, не позволяющий, например, передать его через Интернет или сохранить на одном носителе, его нужно разделить на несколько частей (томов). Такой архив называется многотомным. Архивный файл с расширением .ехе после запуска распаковывается автоматически. Таким самораспаковывающимся (SFX) архивом пользуются, если на компьютере получателя не установлен нужный архиватор. Кроме операций архивации и разархивации, современные архиваторы позволяют просматривать содержимое архива, добавлять файлы в архив, удалять отдельные файлы из архива, проверять целостность архивного файла и т. п.

Лицензии на программное обеспечение Компьютерные программы как результат труда многих людей защищены авторским правом, поэтому их нельзя использовать без разрешения правообладателя.

31

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Лицензия на программное обеспечение — это специальное соглашение, предоставляющее право на его использование. Закон об авторском праве оговаривает условия использования программ, запрещает выполнять не разрешенные лицензией действия. Рассмотрим некоторые виды лицензий на программное обеспечение: Вид лицензии Коммерческая (commercial)

Описание программы Собственнические программы (необходимо купить программу)

Некоммерческая Программы, бесплатные для некоммерческого использования (non-commercial use) (например, упрощенная версия коммерческой программы) Условно-бесплатная Программы для бесплатного использования на опреде­ленных условиях (например, для ознакомления в течение какого-то периода) (shareware) Свободная (free software)

Программы, которые разрешается копировать, модифицировать, распространять

Популярной лицензией на свободное программное обеспечение является лицензия GNU GPL.

Инсталляция и деинсталляция программ Большинство программ перед использованием требуют установки, в ходе которой согласовываются действия программы с ОС. Инсталляция — процесс установки программ на компьютере пользователя. При инсталляции происходит копирование всех или отдельных компонентов программы на жесткий магнитный диск, в системные файлы вносятся необходимые записи и т. п. Деинсталляция — процес удаления с компьютера установленных программ. При деинсталляции также вносятся изменения в системные файлы, поэтому просто удалить файлы (папки) программы из компьютера нельзя. Нужно воспользоваться программой деинсталляции конкретной программы или системной утилитой для удаления программ: Пуск → Панель управления → Программы и компоненты. Инсталлировать и деинсталлировать программу может только пользователь с правами администратора.

32

§ 5. Программное обеспечение компьютера

Совместимость программного обеспечения Операционные системы могут значительно отличаться друг от друга. В большинстве случаев программа, разработанная для одной ОС (например, Windows 7), не будет работать на компьютере с другой ОС (например, Linux). В таких случаях говорят о несовместимости программы и ОС. Для настройки совместимости программы с разными версиями ОС Windows иногда достаточно выбрать в контекстном меню команду Свойства → Совместимость и указать нужную версию ОС. Прежде чем приобрести и установить на компьютер какую-либо программу, следует обратить внимание на требования к нему и ОС.

Вопросы для самопроверки 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Что такое программное обеспечение компьютера? Каково назначение прикладных программ? Каково назначение служебных программ? Что такое архивация данных; разархивация данных? Для чего форматируют носители данных? В чем заключается процесс инсталляции программ?

Упражнение 5 1.

Найдите в Интернете ответ на вопрос, позволяет ли лицензия GNU GPL продавать копии программ. Создайте в текстовом процессоре документ, введите в него адрес сайта, где был найден ответ, скопируйте ответ. Сохраните файл с именем Упражнение 5 в свою папку.

2. В учетной записи пользователя с правами администратора установите на компьютер программу, предложенную учителем. Запустите программу, продемонстрируйте ее учителю и деинсталлируйте.

3. Составьте примерный список программ, необходимых для работы за компьютером учащимся; программистам; фотохудожникам.

Компьютерное тестирование Выполните тестовое задание 5 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

33

Раздел 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютера

Практическая работа 3 Архивация и разархивация данных Задание: выполнить сжатие данных в архивы разных типов с помощью программы-архиватора, выполнить разархивирование, сравнить степень сжатия данных. Оборудование: компьютер с установленной программой-архиватором, папка с файлами для архивации.

Ход работы Во время работы за компьютером соблюдайте правила безопасности.

1. Определите общий объем папки с файлами, подготовленной учителем для архивации. Запустите текстовый процессор. Создайте новый документ. Определите общий объем папки с файлами, подготовленной учителем, и запишите объем папки.

2. Создайте обычный архив папки. Определите объем архива и введите данные в документ.

3. Определите степень сжатия архива. Введите данные в документ.

4. Создайте многотомный архив папки из трех томов примерно одинакового размера. При сжатии задайте размер тома: в три раза меньше объема обычного архива.

5. Создайте самораспаковывающийся архив папки. Определите объем архива и введите данные в документ. Двойным щелчком извлеките из архива папку, изменив ее имя.

6. Сохраните файл с именем Практическая работа 3 в своей папке. Завершите работу за компьютером. Сделайте вывод: как с помощью программы-архиватора создать обычный, многотомный и самораспаковывающийся архивы; какой тип архива вы выберете для пересылки по электронной почте и почему.

34